膠體化學(xué)資料

第十一章膠體化學(xué)膠體：物質(zhì)的一種分散形式。一種或幾種物質(zhì)分散于另一種物質(zhì)中的分散體系。第一節(jié)分散系統(tǒng)的分類及主要特征分散系統(tǒng)：一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中所構(gòu)成系統(tǒng)。按被分散物質(zhì)粒子大小，分為溶液、膠體、粗分散系統(tǒng)溶液：分子分散體系分散相與分散介質(zhì)以分子或離子形式彼此混溶，沒有界面，是均勻的單相，分子半徑大小在10-9m、1nm以下,如CuSO4溶液。膠體（分散系統(tǒng)）：分散相粒子的半徑在1nm~100nm之間的體系。目測是均勻的，但實(shí)際是多相不均勻體系。也有的將1nm~

1000nm之間的粒子歸入膠體范疇。粗分散系統(tǒng)：當(dāng)分散相粒子大于100nm,目測是混濁不均勻體系，放置后會沉淀或分層，懸浮液、乳濁液、泡沫等均屬于粗分散系統(tǒng)，如黃河水、牛奶、豆?jié){。不同分散體系的穩(wěn)定性：溶液：均相，穩(wěn)定膠體：多相，不穩(wěn)定膠核：分散相的物質(zhì)微粒構(gòu)成膠團(tuán)的核心，稱其為膠核膠體溶液：膠核從溶液中有選擇地吸附離子，膠核帶電，通過帶電，代償膠核表面界面現(xiàn)象產(chǎn)生的不飽和場，膠體溶液是相對溫度的體系。粗分散：多相，不穩(wěn)定膠體系統(tǒng)的分類（按分散介質(zhì)及分散相的聚集狀態(tài)）：液溶膠（分散介質(zhì)---液態(tài)；分散相---氣、固、不互溶液）固溶膠（分散介質(zhì)---固態(tài)；分散相---氣、液、不互溶固）氣溶膠（分散介質(zhì)---氣態(tài)；分散相---液、固）表11-2高分子溶液：分散相線度達(dá)到膠體大小，形成熱力學(xué)穩(wěn)定體系，區(qū)別與膠體親液溶膠---高分子溶液憎液溶膠---膠體溶液第二節(jié)溶膠的制備和凈化制備：1）由小分子溶液聚集物理聚集法、化學(xué)反應(yīng)法、更換溶劑法2）由粗分散系統(tǒng)分散研磨法、電弧法、超聲分散法由小分子溶液聚集水解反應(yīng)制氫氧化鐵溶膠

FeCl3(稀)+3H2O(熱)→Fe(OH)3(溶膠)+3HCl由粗分散系統(tǒng)分散

電弧法主要用于制備金、銀、鉑等金屬溶膠。制備過程包括先分散后凝聚兩個過程。將金屬做成兩個電極，浸在水中，盛水的盤子放在冷浴中。在水中加入少量NaOH作為穩(wěn)定劑。制備時在兩電極上施加100V左右的直流電，調(diào)節(jié)電極之間的距離，使之發(fā)生電火花，這時表面金屬蒸發(fā)，是分散過程，接著金屬蒸氣立即被水冷卻而凝聚為膠粒。溶膠的凈化在制備溶膠的過程中，常生成一些多余的電解質(zhì)，如制備Fe(OH)3溶膠時生成的HCl。在制備溶膠的過程中，常生成一些多余的電解質(zhì)，如制備Fe(OH)3溶膠時生成的HCl。少量電解質(zhì)可以作為溶膠的穩(wěn)定劑，但是過多的電解質(zhì)存在會使溶膠不穩(wěn)定，容易聚沉，所以必須除去。凈化的方法主要有滲析法和超過濾法。滲析法簡單滲析將需要凈化的溶膠放在羊皮紙或動物膀胱等半透膜制成的容器內(nèi)，膜外放純?nèi)軇＠脻獠钜蛩兀嘤嗟碾娊赓|(zhì)離子不斷向膜外滲透，經(jīng)常更換溶劑，就可以凈化半透膜容器內(nèi)的溶膠。電滲析為了加快滲析速度，在裝有溶膠的半透膜兩側(cè)外加一個電場，使多余的電解質(zhì)離子向相應(yīng)的電極作定向移動。溶劑水不斷自動更換，這樣可以提高凈化速度。這種方法稱為電滲析法。超過濾法用半透膜作過濾膜，利用吸濾或加壓的方法使膠粒與含有雜質(zhì)的介質(zhì)在壓差作用下迅速分離。將半透膜上的膠粒迅速用含有穩(wěn)定劑的介質(zhì)再次分散。第三節(jié)溶膠的性質(zhì)光學(xué)性質(zhì)丁達(dá)爾效應(yīng)光照射到不同大小的微粒，體現(xiàn)的情況微粒大遠(yuǎn)大于入射光波長：反射（折射）微粒大遠(yuǎn)與入射光波長相近：衍射微粒大遠(yuǎn)小于入射光波長：散射當(dāng)光束通過分散體系時，一部分自由地通過，一部分被吸收、反射或散射?？梢姽獾牟ㄩL約在400~700nm之間。（1）當(dāng)光束通過粗分散體系，由于粒子大于入射光的波長，主要發(fā)生反射，使體系呈現(xiàn)混濁。（2）當(dāng)光束通過膠體溶液，由于膠粒直徑小于可見光波長，主要發(fā)生散射，可以看見乳白色的光柱。（3）當(dāng)光束通過分子溶液，由r于溶液十分均勻，散射光因相互干涉而完全抵消，看不見散射光。丁達(dá)爾效應(yīng)：由光的散射引起的1869年Tyndall發(fā)現(xiàn)，若令一束會聚光通過溶膠，從側(cè)面（即與光束垂直的方向）可以看到一個發(fā)光的圓錐體，這就是Tyndall效應(yīng)。其他分散體系也會產(chǎn)生一點(diǎn)散射光，但遠(yuǎn)不如溶膠顯著。Tyndall效應(yīng)實(shí)際上已成為判別溶膠與分子溶液的最簡便的方法。丁達(dá)爾效應(yīng)規(guī)律---雷萊公式溶膠的動力學(xué)性質(zhì)溶膠是多相體系，熱力學(xué)不穩(wěn)定，實(shí)際上溶膠相對穩(wěn)定，原因之一---高度分散引起的動力學(xué)性質(zhì)1布朗運(yùn)動：1827年植物學(xué)家布朗（Brown)用顯微鏡觀察到懸浮在液面上的花粉粉末不斷地作不規(guī)則的運(yùn)動。后來又發(fā)現(xiàn)許多其它物質(zhì)如煤、化石、金屬等的粉末也都有類似的現(xiàn)象。人們稱微粒的這種運(yùn)動為布朗運(yùn)動。1903年發(fā)明了超顯微鏡，為研究布朗運(yùn)動提供了物質(zhì)條件。

用超顯微鏡可以觀察到溶膠粒子不斷地作不規(guī)則“之”字形的運(yùn)動，從而能夠測出在一定時間內(nèi)粒子的平均位移。通過大量觀察，得出結(jié)論：粒子越小，布朗運(yùn)動越激烈。其運(yùn)動激烈的程度不隨時間而改變，但隨溫度的升高而增加。

Brown運(yùn)動的本質(zhì)：認(rèn)為Brown運(yùn)動是分散介質(zhì)分子以不同大小和不同方向的力對膠體粒子不斷撞擊而產(chǎn)生的，由于受到的力不平衡，所以連續(xù)以不同方向、不同速度作不規(guī)則運(yùn)動。隨著粒子增大，撞擊的次數(shù)增多，而作用力抵消的可能性亦大。當(dāng)半徑大于5m，Brown運(yùn)動消失。布朗運(yùn)動規(guī)律：布朗公式膠粒的擴(kuò)散：膠粒也有熱運(yùn)動，因此也具有擴(kuò)散和滲透壓。只是溶膠的濃度較稀，這種現(xiàn)象很不顯著。如圖所示，在CDFE的桶內(nèi)盛溶膠，在某一截面AB的兩側(cè)溶膠的濃度不同，C1>C2。由于分子的熱運(yùn)動和膠粒的布朗運(yùn)動，可以觀察到膠粒從C1區(qū)向C2區(qū)遷移的現(xiàn)象，這就是膠粒的擴(kuò)散作用。沉降平衡（sedimentationequilibrium）溶膠是高度分散體系，膠粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于布朗運(yùn)動促使?jié)舛融呌诰?。?dāng)這兩種效應(yīng)相反的力相等時，粒子的分布達(dá)到平衡，粒子的濃度隨高度不同有一定的梯度，如圖所示。這種平衡稱為沉降平衡。溶膠的電學(xué)性質(zhì)溶膠是多相體系，熱力學(xué)不穩(wěn)定，實(shí)際上溶膠相對穩(wěn)定，原因之二---膠體粒子帶電，所表現(xiàn)的電性質(zhì)電泳（electrophoresis）帶電膠?；虼蠓肿釉谕饧与妶龅淖饔孟孪驇喾措姾傻碾姌O作定向移動的現(xiàn)象稱為電泳。影響電泳的因素有：

(1)帶電粒子的大小、形狀；(2)粒子表面電荷的數(shù)目；(3)介質(zhì)中電解質(zhì)的種類、離子強(qiáng)度，pH值和粘度；(4)電泳的溫度和外加電壓等。

從電泳現(xiàn)象可以獲得膠?；虼蠓肿拥慕Y(jié)構(gòu)、大小和形狀等有關(guān)信息。膠體粒子帶電原因吸附：膠體分散體系的比表面和表面能，膠體粒子有吸附其它物質(zhì)降低表面自由能的趨勢。正溶膠：吸附正離子，帶正電負(fù)溶膠：吸附負(fù)離子，帶負(fù)電膠體粒子優(yōu)先吸附構(gòu)晶離子或能與構(gòu)晶離子生成難溶物的離子。電離：膠體粒子表面分子電離，一種離子進(jìn)入水中，使膠粒帶電。膠粒結(jié)構(gòu)第四節(jié)溶膠的穩(wěn)定性與聚沉溶膠熱力學(xué)不穩(wěn)定----凈化后的溶膠，穩(wěn)定存在原因：1）動力學(xué)穩(wěn)定性：布朗運(yùn)動---對抗重力，不沉降2)主要原因，電學(xué)性質(zhì)：膠粒帶相同電荷，相互排斥，不易聚沉3）膠粒雙電層結(jié)構(gòu)中，有大量離子，離子水化，膠粒外面有水化層，阻止膠粒碰撞結(jié)合變大。

-------膠粒間的排斥作用溶膠穩(wěn)定存在

-------膠粒間的吸引作用溶膠聚沉粒子間吸引力（類似于范德華力，與距離3次方成反比）粒子間排斥力（距離遠(yuǎn)，沒有排斥力；距離近，相互排斥）排斥力產(chǎn)生排斥勢能吸引力產(chǎn)生吸引勢能影響溶膠聚沉的因素電解質(zhì)的聚沉作用：溶膠中加入電解質(zhì)，膠粒的界面電勢降低，雙電層變薄，排斥作用減弱，粒子碰撞，將導(dǎo)致粒子聚集，沉淀析出，稱為溶膠的聚沉。聚沉值：一定量溶膠，在規(guī)定時間聚沉，發(fā)生明顯聚沉所需電解質(zhì)的最小濃度。1）不同價離子的影響（反離子價數(shù)越高，聚沉能力越大，聚沉值越大）2）同價離子的影響3）混合電解質(zhì)的聚沉作用：加和作用敏化作用對抗作用相互聚沉現(xiàn)象：兩種帶有相反電荷的溶膠適量混合，發(fā)生的聚沉，為相互聚沉。作用力-----靜電吸引力升高溫度/增加溶膠濃度（促進(jìn)）第五節(jié)乳狀液乳狀液：一種或幾種液體以小液滴的形式分散于另一種與其互不相溶的液體中形成的多相分散系統(tǒng)。外觀大多不透明或半透明的乳白色。乳狀液的類型：內(nèi)相：以小液滴的形式存在的液體稱為內(nèi)相；分散相外相：另一種液體；連續(xù)相水包油：外相為油，內(nèi)相水油包水：外相為水，內(nèi)相油乳液的類型：制備乳液時所添加乳化劑的性質(zhì)乳狀液類型的鑒別：（1）稀釋法（2）染色法（3）電導(dǎo)法（4）濾紙潤濕法乳狀液的穩(wěn)定性與乳化乳化劑：制備乳狀液過程中，為得到穩(wěn)定的乳狀液必須加入的組分。通常是表面活性劑。乳化作用：降低油水界面張力形成堅(jiān)固的界面膜液液雙電層的排斥作用固體粉末的穩(wěn)定作用乳化劑的選擇參考HLB值此外，還需考慮1）乳化劑與分散相的親和性2）乳化劑的配伍作用3）乳化劑系統(tǒng)的特殊要求4）乳化劑的制造工藝乳狀液的制備自然乳化分散法瞬間成皂法界面復(fù)合物生成法交替添加法三乳狀液的轉(zhuǎn)型與破壞（1）乳狀液轉(zhuǎn)型轉(zhuǎn)型：由W/O變成O/W或者由O/W變成W/O外加物質(zhì)使乳化劑的性質(zhì)發(fā)生改變而引起加入量少------不能轉(zhuǎn)型加入量適中---轉(zhuǎn)型加入量多------破壞乳液溫度改變（非離子型表面活性劑）轉(zhuǎn)型溫度（2）乳狀液的破壞破乳----使油、水兩相分離（分層）破乳劑----為破乳加入的物質(zhì)方法：物理方法：機(jī)械離心靜電作用升溫化學(xué)方法：用不能形成牢固保護(hù)膜的表面活性物質(zhì)加入試劑破壞原有乳化劑加入適量反向乳化劑四微乳狀液微乳狀液：在水、油、乳化劑組成的乳狀液中加入第4種物質(zhì)（輔助表面活性物質(zhì)），形成外觀透明均勻的液-液分散系統(tǒng)，即微乳狀液。特點(diǎn)：1）顆粒粒徑?。?0~200nm2）透明半透明，黏度低3）穩(wěn)定體系微乳的應(yīng)用：（自習(xí)）第六節(jié)高分子溶液高分子化合物：分子質(zhì)量大于10000的化合物稱為高分子化合物；天然高分子：纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)；合成高分子：聚合物高分子化合物的相對分子質(zhì)量：由于聚合過程中，每個分子的聚合程度可以不一樣，所以聚合物的摩爾質(zhì)量只能是一個平均值。而且，測定和平均的方法不同，得到的平均摩爾質(zhì)量也不同。常用有四種平均方法，因而有四種表示法：

數(shù)均摩爾質(zhì)量質(zhì)均摩爾質(zhì)量粘均摩爾質(zhì)量

Z均摩爾質(zhì)量二、高分子溶液的性質(zhì)表11-8高分子溶液的滲透壓：溶質(zhì)分子的柔性及溶劑化，滲透壓較相同濃度